木質纖維素是一(yi)種由纖(xian)維(wei)素(su)、半纖(xian)維(wei)素(su)和木(mu)質素(su)組(zu)成的(de)聚合物(wu)(wu).其(qi)中(zhong)，木(mu)質素(su)最難降(jiang)解(jie)，且在(zai)厭氧條件下無法實現有效(xiao)降(jiang)解(jie);而(er)纖(xian)維(wei)素(su)和半纖(xian)維(wei)素(su)相(xiang)對(dui)容易(yi)降(jiang)解(jie)并轉(zhuan)化(hua)(hua)(hua)(hua).如果(guo)能(neng)實現木(mu)質纖(xian)維(wei)素(su)其(qi)中(zhong)2組(zu)分(fen)(纖(xian)維(wei)素(su)、半纖(xian)維(wei)素(su))完全降(jiang)解(jie)，不(bu)僅(jin)污(wu)泥能(neng)源轉(zhuan)化(hua)(hua)(hua)(hua)率將會提高，而(er)且也(ye)會對(dui)污(wu)泥減量(liang)起到一(yi)定的(de)促進作用.污(wu)泥厭氧消化(hua)(hua)(hua)(hua)實踐表明，傳(chuan)(chuan)統(tong)(tong)厭氧消化(hua)(hua)(hua)(hua)幾乎(hu)對(dui)木(mu)質纖(xian)維(wei)素(su)沒有降(jiang)解(jie).這表明，傳(chuan)(chuan)統(tong)(tong)厭氧消化(hua)(hua)(hua)(hua)系統(tong)(tong)中(zhong)很(hen)少或(huo)幾乎(hu)不(bu)存在(zai)降(jiang)解(jie)復雜化(hua)(hua)(hua)(hua)學結(jie)構(gou)木(mu)質纖(xian)維(wei)素(su)的(de)微(wei)生物(wu)(wu).

面對上(shang)述實際情況，本研究(jiu)旨在(zai)通過(guo)微生(sheng)物(wu)(wu)(wu)富集(ji)培養(yang)(yang)方法(fa)去探(tan)知(zhi)消(xiao)化污泥中(zhong)是否存在(zai)可(ke)(ke)降(jiang)解(jie)(jie)纖(xian)(xian)(xian)(xian)維(wei)(wei)素(su)(su)/半(ban)(ban)纖(xian)(xian)(xian)(xian)維(wei)(wei)素(su)(su)的(de)厭(yan)氧(yang)微生(sheng)物(wu)(wu)(wu)，為(wei)后續研究(jiu)污泥中(zhong)木(mu)質纖(xian)(xian)(xian)(xian)維(wei)(wei)素(su)(su)厭(yan)氧(yang)生(sheng)物(wu)(wu)(wu)降(jiang)解(jie)(jie)奠定(ding)實驗(yan)基礎.如上(shang)述，纖(xian)(xian)(xian)(xian)維(wei)(wei)素(su)(su)和(he)半(ban)(ban)纖(xian)(xian)(xian)(xian)維(wei)(wei)素(su)(su)生(sheng)物(wu)(wu)(wu)降(jiang)解(jie)(jie)相對容易，這是因為(wei)這2種(zhong)組分(fen)在(zai)結構上(shang)具有一定(ding)的(de)相似性(xing)，如木(mu)聚糖(半(ban)(ban)纖(xian)(xian)(xian)(xian)維(wei)(wei)素(su)(su)主要成分(fen))和(he)纖(xian)(xian)(xian)(xian)維(wei)(wei)素(su)(su)都(dou)是由單糖經β-1，4糖苷鍵鏈接而(er)成，它們(men)的(de)降(jiang)解(jie)(jie)均(jun)是依(yi)靠胞(bao)外酶打破β-1，4糖苷鍵而(er)實現.可(ke)(ke)見(jian)，可(ke)(ke)以(yi)通過(guo)富集(ji)培養(yang)(yang)降(jiang)解(jie)(jie)一種(zhong)物(wu)(wu)(wu)質的(de)微生(sheng)物(wu)(wu)(wu)便(bian)可(ke)(ke)實現對木(mu)質纖(xian)(xian)(xian)(xian)維(wei)(wei)素(su)(su)2種(zhong)組分(fen)的(de)同步降(jiang)解(jie)(jie).本研究(jiu)中(zhong)微生(sheng)物(wu)(wu)(wu)富集(ji)培養(yang)(yang)實驗(yan)也就(jiu)由此開始(shi).

2 實驗材料與方法

2.1 種泥與基質

富集培養木質纖維素厭氧(yang)(yang)生物種泥(ni)(ni)(ni)分別(bie)取自(zi)北(bei)京市某大型市政污(wu)(wu)(wu)水(shui)處理(li)廠剩(sheng)余污(wu)(wu)(wu)泥(ni)(ni)(ni)(實際污(wu)(wu)(wu)泥(ni)(ni)(ni))與實驗(yan)室發酵罐中厭氧(yang)(yang)培養污(wu)(wu)(wu)泥(ni)(ni)(ni)(消(xiao)(xiao)化(hua)污(wu)(wu)(wu)泥(ni)(ni)(ni)).實際污(wu)(wu)(wu)泥(ni)(ni)(ni)為污(wu)(wu)(wu)水(shui)處理(li)廠脫(tuo)水(shui)后污(wu)(wu)(wu)泥(ni)(ni)(ni)(含(han)水(shui)率(lv)：80%)，實驗(yan)時按需要濃度進行兌水(shui)稀釋(shi).消(xiao)(xiao)化(hua)污(wu)(wu)(wu)泥(ni)(ni)(ni)原污(wu)(wu)(wu)泥(ni)(ni)(ni)來源于(yu)實驗(yan)室一(yi)合成配水(shui)的SBR脫(tuo)氮除磷中試(shi)裝(zhuang)置剩(sheng)余污(wu)(wu)(wu)泥(ni)(ni)(ni);用于(yu)消(xiao)(xiao)化(hua)污(wu)(wu)(wu)泥(ni)(ni)(ni)培養的發酵罐工作體積為4 L，在T=35 ℃、SRT=20 d、pH=7.0工況下運行.

選擇木聚糖作為(wei)木質纖維素降解(jie)微生(sheng)物富集培(pei)養的唯一(yi)基(ji)質，因為(wei)它相對于纖維素來說，結(jie)構疏松，無晶體(ti)結(jie)構，聚合度低，較容易被降解(jie).

2.2 富集培養系統

富(fu)集培養采用系列平行搖(yao)瓶實(shi)驗，配備有密(mi)封橡膠(jiao)塞的(de)250 mL血(xue)清瓶作為富(fu)集培養系統(tong).血(xue)清瓶置(zhi)于(yu)空氣浴(yu)恒溫搖(yao)床(T=35 ℃;搖(yao)動(dong)速度100 r ˙ min-1)內進行實(shi)驗.

兩種(zhong)不同來源的種(zhong)泥(ni)(ni)在血清瓶中(zhong)的污(wu)(wu)泥(ni)(ni)濃(nong)度分(fen)(fen)別(bie)為(wei)：①實(shi)際污(wu)(wu)泥(ni)(ni)：MLSS≈22.28 g ˙ L-1，MLVSS≈14.56 g ˙ L-1;②消化污(wu)(wu)泥(ni)(ni)：MLSS≈22.37 g ˙ L-1，MLVSS≈17.69 g ˙ L-1.兩種(zhong)污(wu)(wu)泥(ni)(ni)分(fen)(fen)別(bie)設(she)置3個平行(xing)樣(編號：1、2、3)，并各(ge)設(she)置1個不加(jia)基(ji)質的空白樣瓶.實(shi)驗中(zhong)，以6 d作為(wei)1個周(zhou)期進行(xing)底物置換，并進行(xing)相應(ying)指標(biao)檢測，具體實(shi)驗方案(an)列于(yu)表 1.細菌培(pei)養所(suo)需微量元素通過向血清瓶分(fen)(fen)別(bie)添加(jia)DIN EN ISO 11734 L47(簡稱L47)和DIN EN ISO 11734(簡稱M)培(pei)養液來補充(chong)，其成分(fen)(fen)見(jian)表 2.

表1 微生物富集培養實(shi)驗方(fang)案

表2 培養液組成

在富(fu)集實驗伊始，即使(shi)存在木(mu)(mu)(mu)(mu)聚(ju)糖(tang)(tang)降解(jie)類微生(sheng)(sheng)物(wu)(wu)，它們(men)也(ye)不是優勢(shi)菌種.所以(yi)，木(mu)(mu)(mu)(mu)聚(ju)糖(tang)(tang)如(ru)能降解(jie)，首先會(hui)形成單糖(tang)(tang)，隨后會(hui)被占(zhan)優勢(shi)的(de)(de)(de)產甲烷(wan)菌轉化為(wei)(wei)CH4和CO2.因此，可根據血清(qing)瓶產氣(qi)情況來作為(wei)(wei)木(mu)(mu)(mu)(mu)聚(ju)糖(tang)(tang)是否降解(jie)之(zhi)指示(shi).另(ling)外(wai)，木(mu)(mu)(mu)(mu)聚(ju)糖(tang)(tang)降解(jie)微生(sheng)(sheng)物(wu)(wu)主要是以(yi)分泌胞(bao)外(wai)酶的(de)(de)(de)形式來水(shui)解(jie)木(mu)(mu)(mu)(mu)聚(ju)糖(tang)(tang)，且(qie)胞(bao)外(wai)酶之(zhi)活性(xing)(xing)又與微生(sheng)(sheng)物(wu)(wu)的(de)(de)(de)活性(xing)(xing)呈正比(bi).故此，系統(tong)中的(de)(de)(de)木(mu)(mu)(mu)(mu)聚(ju)糖(tang)(tang)酶活性(xing)(xing)可用作為(wei)(wei)一種指標，以(yi)此判斷系統(tong)中木(mu)(mu)(mu)(mu)聚(ju)糖(tang)(tang)降解(jie)微生(sheng)(sheng)物(wu)(wu)的(de)(de)(de)生(sheng)(sheng)物(wu)(wu)活性(xing)(xing).